用于优化增材制造工艺中的工艺参数的方法和系统技术方案

提供了用于确定增材制造(AM)工艺中的显著工艺参数的最佳值的方法，所述增材制造(AM)工艺用于从特定的工艺材料打印部件。该方法涉及限定待优化的目标输出材料特性集合，以及识别与AM工艺相关的初始工艺参数集合。该方法概括地包括筛选阶段和优化阶段。筛选阶段涉及生成和执行第一实验设计，以及基于第一输出响应确定影响目标输出材料特性的显著工艺参数子集。优化阶段涉及生成和执行第二实验设计，以及基于第二输出响应确定使目标输出材料特性最大化或最小化的显著工艺参数的最佳值。最大化或最小化的显著工艺参数的最佳值。最大化或最小化的显著工艺参数的最佳值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Laser Melting by Evaluation Method of Multiple Quality Characteristics,”in IOP Conference Series:Materials Science and Engineering，2018年，第302卷，第1期，第12067页；以及
[0014]M.H.Kunkel、A.Gebhardt、K.Mpofu和S.Kallweit，“Statistical assessment of mechanical properties of selective laser melted specimens of stainless steel,”Int.J.Adv.Manuf.Technol.，2018年6月。
[0015]由于成本限制和时间限制，以上方法可能仅适用于少数工艺参数。由于AM工艺允许用户操纵大量的工艺参数，因此需要分析这些参数在达到最终最佳值方面的影响。

技术实现思路

[0016]简言之，本专利技术的各方面涉及用于确定和优化增材制造工艺中的工艺参数的方法和系统。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定增材制造(AM)工艺中的显著工艺参数的最佳值的方法，所述增材制造(AM)工艺用于从特定的工艺材料打印部件，所述方法包括：
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限定待优化的目标输出材料特性集合，
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识别与所述AM工艺相关的初始工艺参数集合，
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筛选阶段，包括：
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基于应用于所述初始工艺参数集合的第一实验设计执行第一多次实验性打印运行，
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通过测量每次打印运行的目标输出材料特性来获得第一输出响应，
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基于所述第一输出响应，从所述初始工艺参数集合中确定影响所述目标输出材料特性的显著工艺参数子集，以及
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优化阶段，包括：
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基于应用于所述显著工艺参数子集的第二实验设计执行第二多次实验性打印运行，
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通过测量每次打印运行的目标输出材料特性来获得第二输出响应，以及
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基于所述第二输出响应，确定所述显著工艺参数子集中的每个显著工艺参数的最佳值，对于最佳值预测所述目标输出材料特性的最大化或最小化。2.根据权利要求1所述的方法，
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其中，所述第一实验设计包括二水平Placket
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Burman设计，所述二水平Placket
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Burman设计涉及所述初始工艺参数集合中的参数中的每个参数的至少“低”水平和“高”水平，
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其中，第一实验性打印运行的次数至少为k+1，
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其中，k是所述初始工艺参数集合中的工艺参数的数目。3.根据权利要求2所述的方法，
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其中，所述第一实验设计另外包括多个基于中心点的实验性打印运行，所述多个基于中心点的实验性打印运行涉及所述初始工艺参数集合中的参数中的至少一些参数的“中”水平。4.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，
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其中，通过分析建模确定所述初始工艺参数集合的所述水平。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
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其中，从所述初始工艺参数集合中确定影响所述目标输出材料特性的显著工艺参数子集包括执行与所述初始工艺参数集合中的工艺参数有关的所述第一多次实验性打印运行的所测量的输出响应的回归模型拟合。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
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其中，所述第二实验设计包括中心复合设计。7.根据权利要求6所述的方法，
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其中，所述中心复合设计涉及所述显著工艺参数中的每一个显著工艺参数的三个水平，所述三个水平分别由“高”水平、“中”水平和“低”水平限定，
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其中，在所述中心复合设计的因子空间中：
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由相应显著工艺参数的所述“中”水平限定中心点，以及
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在所述因子空间的边缘处限定用于估计曲率的附加点。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
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其中，确定每个显著工艺参数的最佳值包括：对与所述显著工艺参数有关的所述第二多次实验性打印运行的所测量的输出响应的拟合回归模型执行Nelder
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Mead优化。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括验证阶段，所述验证阶段包括：
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确定每个目标输出材料特性所需的重复次数，
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基于所确定的重复次数，使用所确定的所述显著工艺参数的最佳值来执行第三多次验证打印运行，
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通过测量每次打印运行的目标输出材料特性来获得第三输出响应，以及
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基于所述第三输出响应与限定的预测区间和/或置信区间的比较来验证优化。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
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其中，所述AM工艺包括激光粉末床融合(LPBF)工艺。11.根据权利要求10所述的方法，
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其中，初始工艺参数包括以下中至少之一：预曝光参数、后曝光参数、核心参数和蒙皮参数。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿利，
申请(专利权)人：滑铁卢大学，
类型：发明
国别省市：